實驗型螺桿分裝機PLC控制系統(tǒng)-

1、的控制用氣動和電動執(zhí)行機構(gòu)。為此本中心集中一批多年從事執(zhí)行機構(gòu)研制開發(fā)的高級技術(shù)人員,在消化吸收國外先進執(zhí)行機構(gòu)的基礎(chǔ)上,獨立開發(fā)了具有自主產(chǎn)權(quán)的執(zhí)行機構(gòu),產(chǎn)品形成了系列,并可替代進口產(chǎn)品。6 1 該閥門特點(1閥體采用一字梁結(jié)構(gòu),從而提供了最大的流通面積,最小的流通阻力。(2由于對膜片進行三維設(shè)計,以及對活塞式氣動執(zhí)行器的平衡力、密封和摩擦等進行了精密計算和反復(fù)試驗,使該閥具有優(yōu)良的啟閉速度和高可靠性。(3壽命長,該閥經(jīng)100萬次壽命試驗后,拆開檢查密封件完好。(4與介質(zhì)接觸的通道均經(jīng)研磨拋光處理,密封件(橡膠、塑料都符合食品衛(wèi)生要求標準?？沙惺芨邷叵?。因采用獨特設(shè)計,可達到無死角、無菌要

2、求,特別適合抗生素發(fā)酵、化學工業(yè)及食品工業(yè)等行業(yè)使用。(5控制壓力低,氣源壓力在1.31.8bar可正常工作,可使用發(fā)酵用空氣而不必設(shè)儀表用空壓機,符合抗生素生產(chǎn)廠家使用要求。而國外同類型產(chǎn)品,如德國的GEM 公司和Burkert公司的這類閥閥門控制壓力在3-6bar以上,在我國制藥廠使用必須提供專用儀表氣源。(6提供開關(guān)狀態(tài)顯示。由于以上這些特點使該新型無菌氣動隔膜閥有極大推廣應(yīng)用價值。收稿日期:2001-11-27實驗型螺桿分裝機PLC控制系統(tǒng)孫懷遠1 張月英21上海醫(yī)療器械高等專科學校(200093 2上海英華實業(yè)有限公司(200433摘要 本文結(jié)合粉針生產(chǎn)中最常用設(shè)備之一的螺桿粉針分裝

3、機的生產(chǎn)工藝,介紹了應(yīng)用于實驗型螺桿分裝機上的P LC 控制方案及其系統(tǒng)的設(shè)計,給出了有關(guān)實驗操作的參數(shù)設(shè)置相態(tài)。關(guān)鍵詞 實驗型 分裝機 PL C 控制1 概述螺桿分裝機是制藥工業(yè)中用于抗生素等粉劑計量分裝的最常用的設(shè)備之一,它是以螺桿的的螺旋槽為計量容腔,利用螺桿的間歇轉(zhuǎn)動將藥物裝入瓶中,其生產(chǎn)工藝為:進瓶 (步進送瓶 分瓶 (步進送瓶 蓋塞 出瓶。即經(jīng)潔凈處理的玻璃瓶裝由進瓶裝置依次被推送至撥瓶轉(zhuǎn)盤的定位槽中,并隨轉(zhuǎn)盤一起作間歇轉(zhuǎn)動,在此過程中,分裝頭完成間歇裝粉、蓋塞機構(gòu)完成上塞蓋塞,之后瓶子被撥至出瓶輸送帶而送出。應(yīng)用于教學實驗中的實驗型螺桿分裝機要求結(jié)構(gòu)簡單,具有直觀性、典型性;能模

4、擬生產(chǎn)過程及其檢測與控制。因此其主要結(jié)構(gòu)由進瓶輸送部件、撥瓶轉(zhuǎn)盤部件、喂料與分裝機構(gòu)、理蓋塞裝置、出瓶裝置、動力與傳動系統(tǒng)、控制與檢測系統(tǒng)等組成。為保證計量精度和工作穩(wěn)定可靠性,分裝螺桿直接用步進電機帶動。檢測與控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)滿足控制對象的工藝要求,保證分裝機能按照工藝流程準確而可靠地工作,并以控制系統(tǒng)為中心,實現(xiàn)各部分動作協(xié)調(diào)。2 控制方案及其組成根據(jù)實驗型螺桿分裝機的工藝流程、工作狀態(tài)、控制要求和控制點少的特點,本機選用松下FPO-C16T型PLC作為控制器,它具尺寸小、高性能、高兼容性、可單臺使用或多模塊組合的特點,內(nèi)存使用EEPROM,可在運行中修改程序。本機須檢測和控制的項目有:(

5、1以PLC為控制核心,實現(xiàn)各機構(gòu)動作協(xié)調(diào)。即要求撥瓶轉(zhuǎn)盤、分裝機構(gòu)、蓋塞裝置等工作機構(gòu)能協(xié)調(diào)地完成粉劑分裝與蓋塞的工藝流程。(2瓶子定位與缺瓶檢測控制 分裝位上只有瓶子到位,分裝螺桿方可進行推粉分裝;無瓶時,須能實現(xiàn)缺瓶不分裝功能。(3分裝量的控制與檢測 能對分裝量進行設(shè)置與調(diào)節(jié),并且能根據(jù)稱量情況通過PLC控制系統(tǒng)對影響分裝量的步進電機運行步數(shù)進行修正。(4防金屬屑自動檢測控制 由于藥品的特殊性,為防止分裝螺桿與漏斗部件接觸而污染藥物,設(shè)計中必須對分裝過程進行監(jiān)控,并能及時報警。(5自動加粉控制 為了保證計量精度,必須使粉斗內(nèi)的藥物量保持相對穩(wěn)定,即要對分裝過程中的藥粉輸送和補充給予控制。(

6、6生產(chǎn)量計數(shù)和顯示。由上可知,本機控制系統(tǒng)由PLC控制核心、操作監(jiān)控裝置、檢測系統(tǒng)及輔助硬件等組成,如圖所示?？刂葡到y(tǒng)組成示意圖3 控制與檢測系統(tǒng)設(shè)計3 1 各機構(gòu)協(xié)調(diào)工作檢測控制在實驗型螺桿分裝機上主要完成粉劑分裝和上塞蓋塞工作,而這兩個過程是在撥瓶轉(zhuǎn)盤帶動瓶子進行間歇旋轉(zhuǎn)時完成的。在分裝機構(gòu)中起計量分裝工作的分裝螺桿由步進電機直接驅(qū)動而實現(xiàn)間歇旋轉(zhuǎn),蓋膠塞機構(gòu)的間歇動作由主傳動系統(tǒng)中分配軸上盤形凸輪控制,因此撥瓶轉(zhuǎn)盤和分裝螺桿及蓋膠塞機構(gòu)三者的協(xié)調(diào)工作至關(guān)重要,即只有當轉(zhuǎn)盤定位槽轉(zhuǎn)至分裝斗下方并停穩(wěn)時,分裝螺桿和蓋塞機構(gòu)方能工作。為此,在主軸上裝一帶缺口的光電盤,利用一光電開關(guān)對該缺口進行

7、檢測:當撥瓶轉(zhuǎn)盤剛起步轉(zhuǎn)動時,缺口正好進入光電開關(guān)檢測區(qū)域,而當撥瓶轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動到位時,缺口正好離開光電開關(guān)檢測區(qū)域。光電開關(guān)的接通與斷開信號被送入PLC控制系統(tǒng),即可作為步進電機的步起信號和封鎖信號,以保證不出現(xiàn)一個瓶子多次裝粉和裝粉過程中瓶子離位等不正常情況,從而實現(xiàn)各機構(gòu)工作協(xié)調(diào)。3 2 瓶子定位與缺瓶檢測控制粉劑分裝的工藝操作過程要求:在分裝位下方的撥瓶轉(zhuǎn)盤定位槽中無瓶時,分裝螺桿不進行推粉分裝工作,以免造成藥物的浪費和污染機器。因此,在每一個分裝頭下方、撥瓶轉(zhuǎn)盤外圍擋板地應(yīng)瓶子的位置上分裝頭下方、撥瓶轉(zhuǎn)盤外圍擋板對應(yīng)瓶子的位置上分別裝一個CA-M O424型電感式接近開關(guān)。當撥瓶轉(zhuǎn)盤定位

8、槽中有瓶子到位時,瓶子推動頂桿,并使其接近于接近開關(guān),接近開關(guān)則給PLC 控制系統(tǒng)一個開關(guān)信號,而PLC則使步進電機按一定規(guī)律旋轉(zhuǎn)并帶動分裝螺桿進行分裝。若某分裝頭下無瓶子,PLC控制系統(tǒng)未收到相應(yīng)信號,則該分裝頭的步進電機不能轉(zhuǎn)動,從而實現(xiàn)缺瓶不分裝功能。當然,實驗時可能性設(shè)定接近開關(guān)對步進電機不同的控制方式,以實現(xiàn)不同的下粉工作狀態(tài):(1兩接近開關(guān)都相對獨立工作,兩個分裝頭有瓶下粉,無瓶不分裝。(2接近開關(guān)A(1號探頭工作,控制兩分裝頭有瓶下粉分裝。(3接近開關(guān)B(2號探頭,控制兩分裝頭有瓶下粉分裝。(4兩個接近開關(guān)都不工作,1號分裝頭常通下粉分裝,2號分裝頭不分裝。(5兩接近開關(guān)都不工作

9、,步進電機點動。3 3 分裝量的控制與檢測分裝螺桿是由步進電機驅(qū)動的,所以控制分裝量實際上就是調(diào)節(jié)步進電機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)數(shù)。在本機中,根據(jù)觸摸屏所設(shè)置的步進電機運行條件,經(jīng)PLC 控制系統(tǒng)計算后輸出一定頻率和數(shù)量的脈沖給步進電機驅(qū)動器,驅(qū)動器將其功率放大并按一定規(guī)律分配給步進電機各繞組,驅(qū)使步進電機按預(yù)先的設(shè)置旋轉(zhuǎn),從而帶動分裝螺桿以要求的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)數(shù)間歇運行,達到控制和調(diào)節(jié)分裝量的目的。對不同流動性的粉末,在設(shè)置步進電機運行步數(shù)及周期分布時要有所不同,以保證分裝螺桿不過沖或后滯分失步。運行頻率是根據(jù)分裝量而設(shè)置的,頻率值盡可能小,調(diào)整到轉(zhuǎn)盤工作時保證不拖粉為止。步進電機還可通過功能菜單參數(shù)設(shè)置選擇最

10、后幾步進行反轉(zhuǎn),這對振落粘附在分裝口上的粉末、提高分裝精度是很有利的。在分裝過程中,可以隨機抽樣,秤出分裝量。若結(jié)果與工藝要求偏差超過允許值,可將稱量結(jié)果數(shù)值直接輸入到功能菜單中,PLC控制系統(tǒng)會自動算出偏差值和應(yīng)修改的步數(shù),并自動將步進電機的運行步數(shù)修改成正確的設(shè)定值。3 4 附金屬屑自動檢測控制為防止分裝螺桿在推粉過程中與漏斗下部的送藥銅嘴接觸生產(chǎn)微粒而污染物,設(shè)計中,將螺桿和送藥銅嘴分別作為一回路中兩極,并在每個分裝頭的送藥嘴上夾一個帶聯(lián)接線的鱷魚式夾頭,當分裝螺桿與送藥銅嘴一旦相碰接觸時,則回路接通,并有一信號傳入PLC控制系統(tǒng),系統(tǒng)將切斷電源使機器立 刻停止工作,顯示屏顯示出故障信號

11、并報警,待故障排除后方可重新啟動。將切斷電源機器立刻停止工作,顯示屏顯示故障信號并報警,待故障排除后方可重新啟動。該檢測是機器一通電就開始執(zhí)行的一項功能,以保證生產(chǎn)藥品的安全性。3 5 自動加粉控制為保證分裝頭粉斗內(nèi)的藥粉位恒定,須通過一定手段控制送粉裝置將粉盒中的粉末輸送到粉斗內(nèi),以補充由于分裝而下降的粉位。由于調(diào)試和實驗的需要,本機控制系統(tǒng)中對粉位控制設(shè)計了手動和自動兩種方式。自動加粉過程由PLC系統(tǒng)控制的,操作人員只需在功能菜單的 加粉間隔 欄中輸入瓶數(shù)后,PLC控制系統(tǒng)即可根據(jù)機器所分裝的瓶數(shù)自動進行間斷加粉,從而保證粉斗內(nèi)粉位恒定。3 6 生產(chǎn)量自動檢測和計數(shù)控制為使操作者能直觀地掌

12、握生產(chǎn)速度和生產(chǎn)量,本機控制系統(tǒng)中設(shè)計了自動計數(shù)裝置:在出瓶軌道處安裝一光電開關(guān)對瓶子進行檢測,當蓋好膠塞的瓶子通過時,會發(fā)出一脈沖信號給PLC控制系統(tǒng),其中的計數(shù)模塊便進行自動計數(shù),并將數(shù)據(jù)顯示于操作屏幕上。在實驗狀態(tài),可通過觸摸屏進行不同計數(shù)方式的設(shè)置,如兩瓶計一次數(shù)的裝瓶總量計數(shù)、實驗總瓶數(shù)計數(shù)等。4 參數(shù)設(shè)置組態(tài)及通訊由于粉劑分裝的要求較高,在分裝機工作過程中,必須對相關(guān)參數(shù)進行控制。為適應(yīng)各參數(shù)的設(shè)置和修改,使調(diào)節(jié)和操作容易,本機控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計,使用松下CT10型智能觸摸顯示屏進行參數(shù)設(shè)置,并以菜單形式顯示機器啟停、工況檢測、數(shù)據(jù)輸入與修改、運行狀態(tài)、故障報警等,使參數(shù)組態(tài)變

13、得更為方便。由于機控制系統(tǒng)功能菜單較多,此處只列舉分裝下粉控制的操作來介紹本機參數(shù)設(shè)置組態(tài)。頁1表示機器啟動后正常工作的狀態(tài),當要進行分裝頭下粉控制設(shè)置時,可進行如下操作:按頁1中的 換頁 進入頁2;接頁2中的 (二 進入頁3;按頁3中的 幫助 進入幫助菜單頁5;按頁5中的 概述 進入頁10;按頁10中的 下粉控制 進入頁11。 根據(jù)要求參照和選擇相應(yīng)的參數(shù),例如只要求2號瓶子定位檢測探頭工作,而1號分裝頭常通下粉,則選擇 #2 ,輸入完備按 ENT 使數(shù)字窗口消失;再依次按頁5、頁3中的 退出 及頁2中的 換頁 分別返回到頁3、頁2及頁1,如此便完成了分裝頭下粉控制的設(shè)置。當然,如果熟知下粉

14、控制設(shè)置的對應(yīng)參數(shù),則可在進入幫助菜單頁5之后,直接按 系統(tǒng)參數(shù) 行中的 # 進行設(shè)置即可,而不必再進入頁10和頁11。由此可見,本機參數(shù)設(shè)置組態(tài)很直觀、相當方便,只需按程序功能菜單操作即可。角摸屏與PLC 之間是直接進行通訊的,PLC 對觸摸屏輸入的數(shù)據(jù)進行處理并加以執(zhí)行,同時將結(jié)果反饋到觸摸顯示屏進行顯示。下面以分裝量調(diào)節(jié)和檢測修正的操作程序為例,說明觸摸屏與PLC 之間的通訊關(guān)系。頁1 步數(shù) 行中兩組數(shù)據(jù) # 分別表示1號分裝和2號分裝頭的步進電機旋轉(zhuǎn)步數(shù),它們代表了對應(yīng)分裝螺桿的分裝量。當要進行分裝量調(diào)節(jié)時,可采用下列兩種方式 :(1在頁1顯示屏上觸摸 調(diào)整 ,使程序進入 調(diào)整 子菜單

15、頁4。觸摸頁4 步數(shù) 行下面的 或 ,PLC 便會按先前設(shè)置的 步距 更改對應(yīng)分裝頭步進電機的 步數(shù) ( 步距 可通過前述的 幫助 菜單頁5進行設(shè)置。如原來步數(shù)為1500,先前設(shè)置的步距為20,則按五次 或 ,就使得對應(yīng)的 步數(shù) 增加或減少100,即修改為1600或1400,從而達到對分裝量的調(diào)節(jié)。此后按 退出 返回頁1界面。(2直接在頁1界面上按 步數(shù) 行中數(shù)據(jù) # ,使顯示屏上出現(xiàn)頁1 所示的數(shù)字窗口,步數(shù)的設(shè)置或修改即可在該窗口中進行。輸入完備按 ENT 使數(shù)字窗口消失,如此便完成了步進電機運行步數(shù)即分裝量的設(shè)置或調(diào)節(jié)。在此過程中,PLC 系統(tǒng)根據(jù)各個指令,進行相關(guān)計算和處理,并同步將 結(jié)果顯示于觸摸顯示屏上。當對產(chǎn)品進行抽樣檢測時,若發(fā)現(xiàn)稱量結(jié)果與工藝要求的分裝量偏差超過允許值,這時可觸摸頁1 稱量 行中數(shù)據(jù) # ,使顯示屏上出現(xiàn)頁1 所示同樣的數(shù)字窗口,鍵入稱量結(jié)果后按 ENT 使數(shù)字窗口消失,頁PLC 控制系統(tǒng)會根據(jù)